(57)【要約】【課題】内燃機関において、改質触媒による改質性能の向上を図る。【解決手段】排気管２５を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流管３３を介して２つの改質室２９，３０を有する改質器２６を接続すると共に、この排気ガス分流管３３に第２インジェクタ３４を装着し、この改質器２６で生成された改質ガスを吸気管１５に導入する改質ガス導入管３５及び流量調整弁３６を設けると共に、第２改質室３０の下流側に開閉弁４２を設け、ＥＣＵ３７は、床温センサ４１が検出した改質室３０の床温が予め設定された活性温度より低いときに、開閉弁４２を閉止して改質室３０での改質ガスの生成を停止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気を燃焼室に導入する吸気通路と、該吸気通路または前記燃焼室に燃料を供給する第１燃料供給手段と、前記燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する排気通路と、該排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路と、該排気ガス分流通路に燃料を供給する第２燃料供給手段と、該第２燃料供給手段から燃料が供給された前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスを流入させて改質ガスを生成する複数の改質室を有する改質器と、該改質器で生成された改質ガスを前記吸気通路に導入する改質ガス導入通路と、前記複数の改質室の床温を検出する床温検出手段と、前記複数の改質室における改質ガスの生成動作を調整する改質調整手段と、前記床温検出手段が検出した床温が予め設定された活性温度より低い改質室に対して前記改質調整手段により改質ガスの生成動作を低減する改質制御手段とを具えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関において、前記複数の改質室は、前記排気通路に排気ガスの流動方向に沿って直列配置され、前記排気ガス分流通路における下流側の分流分岐通路が前記複数の改質室に連結される一方、前記改質ガス導入通路における上流側の導入分岐通路が前記複数の改質室に連結され、前記改質調整手段としての開閉弁が前記分流分岐通路または前記導入分岐通路に設けられたことを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関において、前記複数の改質室は、前記排気通路に排気ガスの流動方向に沿って直列配置され、前記排気ガス分流通路における下流側の分流分岐通路が前記複数の改質室に連結される一方、前記改質ガス導入通路における上流側の導入分岐通路が前記複数の改質室に連結され、前記改質調整手段としての前記第２燃料供給手段が前記分流分岐通路に設けられたことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関において、前記複数の改質室は、前記排気通路に排気ガスの流動方向に沿って直列配置され、前記排気ガス分流通路における下流側が第１の改質室に連結され、該第１の改質室が連結通路を介して第２の改質室に連結され、前記改質ガス導入通路における上流側が該第２の改質室に連結され、前記改質調整手段としての前記第２燃料供給手段が前記連結通路に設けられたことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記改質制御手段は、前記改質調整手段による前記複数の改質室での改質ガスの生成動作状態に応じて前記第２燃料供給手段による燃料供給量を減少することを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記改質ガス導入通路に流量調整弁が設けられ、前記改質制御手段は、前記改質調整手段による前記複数の改質室での改質ガスの生成動作状態に応じて前記第２燃料供給手段による燃料供給量を減少すると共に、前記流量調整弁の開度を減少することを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料改質器を搭載した内燃機関に関し、特に、排気ガスの一部の還流ガスに燃料を供給した後に熱で改質して改質ガスを生成し、この改質ガスを吸気通路に供給するようにした内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気ガスの一部を取り出し、これを吸気通路に還流ガスとして供給し、この還流ガスを吸気に混合させることで燃焼時の最高温度を下げ、排気ガス中のＮＯｘを低減する排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムがある。また、このＥＧＲシステムを改良したシステムとして、近年、還流ガスに燃料の一部を加え、排気ガスに燃料が混合された混合ガスを排気ガスの熱を利用して加熱すると共に改質触媒を通すことで、この混合ガスに吸熱改質反応を行わせ、混合ガスから水素（Ｈ2）や一酸化炭素（ＣＯ）を含む改質ガスを生成し、このリフォーマガスを吸気通路に供給することにより、効率の良い排気熱の回収、燃費の向上を図ったものが提案されている。
【０００３】
このような内燃機関の排気リフォーマシステムとしては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された内燃機関の排気リフォーマシステムでは、吸気ポートに燃料噴射弁が設けられると共に、排気管から分岐した還流管に別の燃料噴射弁と燃料蒸発器と改質触媒とリフォーマガス制御弁が設けられており、通常時は、リフォーマガス制御弁を閉止し、吸気ポートに燃料を噴射して混合気を燃焼室に導入する一方、改質時は、リフォーマガス制御弁を開放し、還流管に燃料を噴射して改質触媒で生成したリフォーマガスを燃焼室に導入し、燃焼させるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０９２５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の内燃機関の排気リフォーマシステムにあっては、還流管に燃料を噴射し、排気ガスに燃料が混合された混合ガスを改質触媒で吸熱改質反応により改質ガスを生成し、この生成した改質ガスを燃焼室に導入している。
【０００６】
ところで、改質器に担持された改質触媒は、その床温が所定の活性温度（例えば、６００℃）以上になると、混合ガスの改質反応が促進されて改質ガスを生成することができる。ところが、内燃機関の始動時や軽負荷運転時には、排気ガスの熱により改質触媒を十分に加熱することができず、この改質触媒が所定の活性温度まで上昇しておらず、改質反応が鈍くなるために改質ガスの生成が不十分となってしまう。この場合、改質器の改質触媒では、排気ガスの流れ方向に沿って温度分布が生じる。つまり、上流側の改質触媒では、排気ガスから十分な熱供給を受けることができるが、ここで排気ガスの熱が奪われるため、下流側の改質触媒では、温度が低下して排気ガスからは十分な熱供給を受けることがでず、改質ガスが生成されずに未燃ガスが混入してしまう。すると、燃焼室に十分な量の改質ガスを導入することができず、効率の良い排気熱の回収や燃費の向上を図ることができなくなってしまう。
【０００７】
また、内燃機関の始動時や軽負荷運転時に、改質触媒が所定の活性温度まで上昇しておらず、水素（Ｈ2）や一酸化炭素（ＣＯ）まで改質が十分に進まず、炭素（Ｃ）が生成され、改質器（改質触媒）に付着するコーキングと称される問題が生じ、触媒性能が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、改質触媒による改質性能の向上を図った内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関は、外気を燃焼室に導入する吸気通路と、該吸気通路または前記燃焼室に燃料を供給する第１燃料供給手段と、前記燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する排気通路と、該排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路と、該排気ガス分流通路に燃料を供給する第２燃料供給手段と、該第２燃料供給手段から燃料が供給された前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスを流入させて改質ガスを生成する複数の改質室を有する改質器と、該改質器で生成された改質ガスを前記吸気通路に導入する改質ガス導入通路と、前記複数の改質室の床温を検出する床温検出手段と、前記複数の改質室における改質ガスの生成動作を調整する改質調整手段と、前記床温検出手段が検出した床温が予め設定された活性温度より低い改質室に対して前記改質調整手段により改質ガスの生成動作を低減する改質制御手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の内燃機関では、前記複数の改質室は、前記排気通路に排気ガスの流動方向に沿って直列配置され、前記排気ガス分流通路における下流側の分流分岐通路が前記複数の改質室に連結される一方、前記改質ガス導入通路における上流側の導入分岐通路が前記複数の改質室に連結され、前記改質調整手段としての開閉弁が前記分流分岐通路または前記導入分岐通路に設けられたことを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関では、前記複数の改質室は、前記排気通路に排気ガスの流動方向に沿って直列配置され、前記排気ガス分流通路における下流側の分流分岐通路が前記複数の改質室に連結される一方、前記改質ガス導入通路における上流側の導入分岐通路が前記複数の改質室に連結され、前記改質調整手段としての前記第２燃料供給手段が前記分流分岐通路に設けられたことを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関では、前記複数の改質室は、前記排気通路に排気ガスの流動方向に沿って直列配置され、前記排気ガス分流通路における下流側が第１の改質室に連結され、該第１の改質室が連結通路を介して第２の改質室に連結され、前記改質ガス導入通路における上流側が該第２の改質室に連結され、前記改質調整手段としての前記第２燃料供給手段が前記連結通路に設けられたことを特徴としている。
【００１３】
本発明の内燃機関では、前記改質制御手段は、前記改質調整手段による前記複数の改質室での改質ガスの生成動作状態に応じて前記第２燃料供給手段による燃料供給量を減少することを特徴としている。
【００１４】
本発明の内燃機関では、前記改質ガス導入通路に流量調整弁が設けられ、前記改質制御手段は、前記改質調整手段による前記複数の改質室での改質ガスの生成動作状態に応じて前記第２燃料供給手段による燃料供給量を減少すると共に、前記流量調整弁の開度を減少することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の内燃機関によれば、排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路に燃料を供給する第２燃料供給手段と、燃料が供給された排気ガスを流入させて改質ガスを生成する複数の改質室を有する改質器と、この改質器で生成された改質ガスを吸気通路に導入する改質ガス導入通路を設けると共に、複数の改質室の床温を検出する床温検出手段と、改質室における改質ガスの生成動作を調整する改質調整手段と、床温検出手段が検出した床温が予め設定された活性温度より低い改質室に対して改質調整手段により改質ガスの生成動作を低減する改質制御手段を設けたので、床温が活性温度まで達していない改質室における改質ガスの生成動作を低減することで、改質ガスへの未燃ガスの混入を抑制し、燃焼室に適正な改質ガスを導入することができると共に、コーキングの発生を抑制することができ、その結果、改質器による改質性能を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関を表す概略構成図、図２は、実施例１の内燃機関における改質器の制御を表すフローチャートである。
【００１８】
実施例１の内燃機関において、図１に示すように、この内燃機関としてのエンジン１１はポート噴射式の４気筒型であって、図示しないが、シリンダブロック上にシリンダヘッドが締結されており、複数のシリンダボアにピストンがそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロックの下部にクランクケースが締結され、このクランクケース内にクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストンはコネクティングロッドを介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。
【００１９】
シリンダブロックとシリンダヘッドとピストンにより４つの気筒に対応して燃焼室１２がそれぞれ構成されており、この各燃焼室１２は、上部に吸気ポート１３及び排気ポート１４が対向してそれぞれ形成されており、この各吸気ポート１３及び排気ポート１４は、図示しない吸気弁及び排気弁によって開閉可能となっている。
【００２０】
そして、吸気管（吸気通路）１５の下流端部がインテークマニホールド１６を介して各吸気ポート１３に連結されており、この吸気管１５の上流端部にはエアクリーナ１７が取付けられている。そして、このエアクリーナ１７の下流側にスロットル弁１８を有する電子スロットル装置１９が設けられている。また、インテークマニホールド１６には、各燃焼室１２に対応した吸気ポート１３に燃料を供給可能な第１インジェクタ（第１燃料供給手段）２０が装着されている。この第１インジェクタ２０は、燃料供給管２１により燃料タンク２２内の燃料ポンプ２３に連結されている。なお、図示しないが、各燃焼室１２には、混合気に着火する点火プラグが装着されている。この第２インジェクタ３０は、第１インジェクタ２０と同様に、燃料供給管２１により燃料タンク２２内の燃料ポンプ２３に連結されている。
【００２１】
一方、各排気ポート１４には、エキゾーストマニホールド２４を介して排気管（排気通路）２５が連結されており、この排気管２５には、改質器２６と三元触媒２７が装着されている。この改質器２６は、後述するように、排気ガスの一部に燃料を供給した後、その混合ガスを排気熱で改質して改質ガスを生成するものである。また、三元触媒２７は、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害物質を同時に浄化処理することができるものであり、空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍にあるときに、排気ガス中の有害物質を浄化することができる。
【００２２】
ここで、改質器２６について詳細に説明する。この改質器２６は、排気管２５に接続される筒体２８と、この筒体２８内に相互に連通する複数の部屋をもって配置されて内部に改質触媒（例えば、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｈ）が担持された第１改質室２９及び第２改質室３０と、筒体２８内に各改質室２９，３０を貫通して形成されたガス挿通路３１，３２とを有している。この場合、第１改質室２９及び第２改質室３０は、筒体２８内に排気ガスの流動方向に沿って直列に配置され、ガス挿通路３１，３２も、同様に、直列に連通している。
【００２３】
そして、排気管２５における改質器２６の上流側に、排気ガス分流管（排気ガス分流通路）３３が分岐して設けられ、この排気ガス分流管３３の下流側端部が二つの分流分岐管（分流分岐通路）３３ａ，３３ｂに分岐され、各分流分岐管３３ａ，３３ｂが改質器２６における第１、第２改質室２９，３０の一端部に連結されている。そして、この排気ガス分流管３３には、分流分岐管３３ａ，３３ｂの分岐部よりも上流側に位置して、排気管２５から排気ガス分流管３３に分流された排気ガスの一部に対して燃料を噴射する第２インジェクタ（第２燃料供給手段）３４が設けられている。
【００２４】
また、この改質器２６で生成された改質ガスを吸気管１５に導入する改質ガス導入管（改質ガス導入通路）３５が設けられており、この改質ガス導入管３５の一端部が二つの導入分岐管（導入分岐通路）３５ａ，３５ｂに分岐され、各導入分岐管３５ａ，３５ｂが改質器２６における第１、第２改質室２９，３０の他端部に連結されている。そして、改質ガス導入管３５の他端部は、吸気管１５における電子スロットル装置１９の下流側に連結されている。この改質ガス導入管３５には、吸気管１５に導入する改質ガス量を制御する流量調整弁３６が装着されている。また、排気管２５における改質器２６の上流側と下流側は、ガス挿通路３１，３２により連通されている。
【００２５】
なお、本実施例のエンジン１１では、第１インジェクタ２０により吸気ポート１３を流れる吸気に対して燃料噴射したり、第２インジェクタ３４により排気ガス分流管２８を流れる排気ガスに対して燃料を噴射するものであり、第１インジェクタ２０による燃料噴射を吸気燃料噴射、第２インジェクタ３４による燃料噴射を排気燃料噴射と称して区別する。
【００２６】
従って、流量調整弁３６が開放された状態では、排気管２５を流れる排気ガスの一部が排気ガス分流管３３に分流され、この排気ガスに対して、第２インジェクタ３４が燃料噴射（排気燃料噴射）を行う。燃料と排気ガスとが混合した混合ガスは、改質器２６の各改質室２９，３０に流れ、排気管２５から改質器２６のガス挿通路３１，３２を流れる排気ガスの熱により加熱される。すると、この混合ガスは蒸発が促進されて気化すると共に、この気化した混合ガスが吸熱反応を起こして改質され、水素や一酸化炭素などを含む改質ガスが生成される。
【００２７】
例えば、排気ガスが「７．６ＣＯ2＋６．８Ｈ2Ｏ＋４０．８Ｎ2」で、そのガソリン燃料が「Ｃ7.6Ｈ13.6」である場合の吸熱反応は、
１．５６（７．６ＣＯ2＋６．８Ｈ2Ｏ＋４０．８Ｎ2）＋３（Ｃ7.6Ｈ13.6）＋９８４．８ｋｃａｌ→３１Ｈ2＋３４．７ＣＯ＋６３．６Ｎ2
で表される。即ち、このときの吸熱反応によれば、３モルのガソリン燃料から３１モルの水素ガスと３４．７モルの一酸化炭素ガスが生成される。
【００２８】
改質器２６で生成された改質ガスは、各改質室２９，３０から改質ガス導入管３５に流れ、流量調整弁３６の開度によりその供給量が調整され、吸気管１５を流れる吸気に対して供給される。そして、吸気と改質ガスとが混合した混合気がインテークマニホールド１６から吸気ポート１３を通って燃焼室１２に導入され、点火プラグにより着火して爆発し、排気弁の開放時に、排気ガスが排気ポート１４から排気管２５に排出される。この場合、改質ガスが水素を含んでいるため、燃焼室１２での燃焼効率が良く、燃費を向上することができると共に、ＮＯｘの発生を抑制して排気浄化効率を向上することができる。
【００２９】
車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）３７が搭載されており、このＥＣＵ３７は、第１インジェクタ２０、第２インジェクタ３４、点火プラグなどを駆動制御することで、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを制御可能となっている。即ち、吸気管１５の上流側にはエアフローセンサ３８が装着されており、計測した吸入空気量をＥＣＵ３７に出力している。また、電子スロットル装置１９はスロットルポジションセンサを有しており、現在のスロットル開度をＥＣＵ３７に出力している。更に、クランク角センサ３９は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ３７に出力し、このＥＣＵ３７は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。
【００３０】
従って、ＥＣＵ３７は、検出した吸入空気量、スロットル開度（または、アクセル開度）、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて、全体の燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。この場合、全体の燃料噴射量とは、第１インジェクタ２０及び第２インジェクタ３４が噴射する燃料噴射量の合計である。
【００３１】
また、ＥＣＵ３７は、第２インジェクタ３４や流量調整弁３６などを駆動制御することで、吸気管１５に導入する改質ガス量を制御可能となっている。即ち、改質器２６における各改質室２９，３０には、床温センサ（床温検出手段）４０，４１がそれぞれ設けられており、現在の各改質室２９，３０の温度（床温）をＥＣＵ３７に出力している。
【００３２】
従って、ＥＣＵ３７は、検出した改質器２６における各改質室２９，３０の床温に基づいてこの改質器２６が活性温度にあるかどうかを判定する。また、ＥＣＵ３７は、エンジン回転数とエンジン負荷（例えば、スロットル開度）に基づいて吸気管１５に還流可能な排気ガス量の上限値を算出する。そして、ＥＣＵ３７は、改質器２６の温度が活性温度以上にあると判定したときには、吸気管１５に還流可能な排気ガス量に基づいて吸気管１５に導入可能な改質ガス量を算出し、流量調整弁３６の開度を設定すると共に、第２インジェクタ３４による排気燃料噴射量を設定する。この場合、吸入空気量やエンジン回転数などに基づいて算出された全体の燃料噴射量から、ここで設定された第２インジェクタ３４による排気燃料噴射量を減算することで、第１インジェクタ２０が噴射する吸気燃料噴射量が設定される。
【００３３】
ところで、改質器２６の各改質室２９，３０に担持された改質触媒は、上述したように、その床温が所定の活性温度（例えば、６００℃）以上になると、排気ガスと燃料との混合ガスの改質反応を促進して良好な改質ガスを生成することができる。ところが、内燃機関の始動時や軽負荷運転時には、排気ガスの熱により改質触媒を十分に加熱することが困難となり、改質ガスの生成が不十分となる。この場合、上流側の改質触媒では、排気ガスから十分な熱供給を受けることができるが、ここで排気ガスの熱が奪われるため、下流側の改質触媒では、温度が低下して排気ガスからは十分な熱供給を受けることができず、排気ガスの流れ方向に沿った温度分布が生じる。すると、燃焼室１２に十分な量の改質ガスを導入することができないばかりか、水素（Ｈ2）や一酸化炭素（ＣＯ）まで改質が十分に進まず、炭素（Ｃ）が生成され、改質器（改質触媒）に付着するコーキングと称される問題が生じ、触媒性能が低下してしまう。
【００３４】
そこで、本実施例では、改質器２６の各改質室２９，３０における改質ガスの生成動作を調整する改質調整手段として、改質ガス導入管３５の導入分岐管３５ｂに開閉弁４２を設けている。そして、改質制御手段としてのＥＣＵ３７は、各床温センサ４０，４１が検出した触媒床温が予め設定された活性温度より低い改質室２９，３０に対して改質ガスの生成動作を調整、つまり、床温センサ４１が検出した改質室３０の床温が活性温度より低いときには、開閉弁４２を閉じることで、改質室３０への燃料を含む排気ガスへの導入を阻止し、この改質室３０での改質ガスの生成動作を停止するようにしている。従って、活性温度に達していない改質室３０での改質ガスの生成を停止することで、未燃ガスを含む改質ガスの燃焼室１２への導入をやめ、コーキングの発生を防止して触媒性能を向上するようにしている。
【００３５】
ここで、実施例１の内燃機関における燃料改質制御を図２のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
【００３６】
本実施例の内燃機関における燃料改質制御おいて、図２に示すように、ステップＳ１１にて、ＥＣＵ３７は、改質器２６における上流側の改質室２９が予め設定された所定の燃料改質開始条件を満たしているかどうかを判定する。具体的には、改質器２６における上流側の改質室２９の床温、つまり、床温センサ４０が検出した触媒床温が予め設定された所定の活性温度（例えば、６００℃）に達しているかどうかを判定する。
【００３７】
このステップＳ１１にて、ＥＣＵ３７が、改質器２６における上流側の改質室２９の触媒床温が所定の活性温度に達していないと判定したら、何もしないでこのルーチンを抜ける。即ち、上流側の改質室２９の触媒床温が活性温度に達していないため、改質器２６での燃料改質ができないと判定し、燃料改質を停止する。この場合、ＥＣＵ３７は、エンジン回転数や吸入空気量などから算出した全体の燃料噴射量を、第１インジェクタ２０が噴射する吸気燃料噴射量として設定し、第２インジェクタ３４が噴射する排気燃料噴射量を０に設定する。そのため、エンジン１１の排気管２５に排出された排気ガスの一部が排気ガス分流管３３に分流され、改質器２６の各改質室２９，３０を通過した後、改質ガス導入管３５に流れ、流量調整弁３６の開度によりその供給量が調整され、ＥＧＲガスとして吸気管１５を流れる吸気に供給される。すると、吸気とＥＧＲガスとが混合した混合気がインテークマニホールド１６から吸気ポート１３を通って燃焼室１２に導入され、点火プラグにより着火して爆発して良好な燃焼を可能とすることができ、排気弁の開放時に、排気ガスが排気ポート１４から排気管２５に排出される。
【００３８】
この場合、改質器２６における各改質室２９，３０の触媒床温が所定の活性温度に達していないときは、排気ガス分流管３３を流れる排気ガスに燃料が噴射されないため、吸気管１５への未燃ガスの流入を防止することができると共に、排気ガスをＥＧＲガスとして吸気管１５に還流することから、このＥＧＲガスに含まれる二酸化炭素などを燃焼室１２に戻して再燃焼させることで、燃焼温度を低下してＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００３９】
一方、ステップＳ１１にて、改質器２６における上流側の改質室２９の触媒床温が所定の活性温度に達していると判定されたら、ステップＳ１２に移行する。このステップＳ１２にて、ＥＣＵ３７は、改質器２６における下流側の改質室３０が予め設定された所定の燃料改質開始条件を満たしているかどうかを判定する。具体的には、改質器２６における下流側の改質室３０の床温、つまり、床温センサ４１が検出した触媒床温が予め設定された所定の活性温度（例えば、６００℃）に達しているかどうかを判定する。
【００４０】
このステップＳ１２にて、ＥＣＵ３７が、改質器２６における下流側の改質室３０の触媒床温が所定の活性温度に達していないと判定したら、ステップＳ１３に移行する。そして、このステップＳ１３にて、開閉弁４２を閉止し、改質ガス導入管３５の導入分岐管３５ｂを閉止する。続いて、ステップＳ１４にて、第２インジェクタ３４により上流側の改質室２９で改質可能な改質ガスに対応した量の燃料を噴射する。一方、ステップＳ１２にて、ＥＣＵ３７が、改質器２６における下流側の改質室３０の触媒床温が所定の活性温度に達していると判定したら、ステップＳ１５に移行する。そして、このステップＳ１５にて、開閉弁４２を開放し、改質ガス導入管３５の導入分岐管３５ｂを開放する。続いて、ステップＳ１６にて、第２インジェクタ３４により上流側の改質室２９及び下流側の改質室３０で改質可能な改質ガスに対応した量の燃料を噴射する。
【００４１】
即ち、ＥＣＵ３７は、エンジン回転数や吸入空気量などから全体の燃料噴射量を算出する一方、エンジン回転数やスロットル開度（エンジン負荷）などから吸気管１５に還流可能な最大の排気ガス量を算出し、この最大の排気ガス量と改質器２６の触媒床温などから吸気管１５に導入可能な改質ガス量を算出し、流量調整弁３６の開度を設定する。そして、改質器２６の触媒床温と、改質ガス導入管３５を通して吸気管１５に導入される改質ガス量に基づいて第２インジェクタ３４が噴射する排気燃料噴射量を設定する。また、全体の燃料噴射量から、この第２インジェクタ３４による排気燃料噴射量を減算することで、第１インジェクタ２０が噴射する吸気燃料噴射量を設定する。
【００４２】
このとき、上下の改質室２９，３０の触媒床温が活性温度以上であれば、開閉弁４２が開放されるため、算出した最大の排気ガス量に対して吸気管１５に導入可能な改質ガス量が最大となり、この改質ガス量に対して流量調整弁３６の開度が設定され、流量調整弁３６により調整された改質ガス量に基づいて排気燃料噴射量が設定される。
【００４３】
そのため、エンジン１１の排気管２５に排出された排気ガスは、改質器２６のガス挿通路３１，３２を流通して三元触媒２７に流入すると共に、排気ガスの一部が排気ガス分流管３３に分流され、この排気ガスに対して第２インジェクタ３４から所定量の燃料が噴射され、燃料と排気ガスとの混合ガスが分流分岐管３３ａ，３３ｂを通して改質器２６の各改質室２９，３０に流入する。すると、各改質室２９，３０に流入した混合ガスは、ガス挿通路３１，３２を流れる排気ガスの熱により加熱され、吸熱反応を起こして改質され、水素や一酸化炭素などを含む改質ガスが生成される。このとき、排気燃料噴射量が改質可能な各改質室２９，３０に応じて適正に調整されることから、上下の改質室２９，３０が改質可能であるときには、良質で最大量の改質ガスが生成される。
【００４４】
そして、この各改質室２９，３０で生成された改質ガスは、改質ガス導入管３５に流れ、流量調整弁３６の開度によりその供給量が調整され、吸気管１５を流れる吸気に対して供給される。すると、吸気と改質ガスとが混合した混合気がインテークマニホールド１６から吸気ポート１３を通って燃焼室１２に導入され、点火プラグにより着火して爆発して良好な燃焼を可能とすることができ、排気弁の開放時に、排気ガスが排気ポート１４から排気管２５に排出される。この場合、改質ガスに水素や一酸化炭素が含まれているため、燃焼室１２での燃焼効率が良く、多量の排気ガスを還流させることができ、燃費を向上することができる。また、改質ガスにより還流可能な排気ガス量（ＥＧＲガス量）が増加するため、この排気ガスに含まれる二酸化炭素などを燃焼室１２に戻して再燃焼させることができると共に、燃焼温度を低下することでＮＯｘの発生を抑制することができ、排気浄化効率を向上することができる。
【００４５】
一方、下流側の改質室３０の触媒床温が活性温度になく、上流側の改質室２９の触媒床温のみが活性温度以上であるとき、開閉弁４２が閉止されるため、算出した最大の排気ガス量に対して吸気管１５に導入可能な改質ガス量が減少し、この改質ガス量に対して流量調整弁３６の開度が設定され、流量調整弁３６により調整された改質ガス量に基づいて排気燃料噴射量が設定される。即ち、排気燃料噴射量がほぼ半分となる。
【００４６】
そのため、エンジン１１の排気管２５に排出された排気ガスは、改質器２６のガス挿通路３１，３２を流通して三元触媒２７に流入すると共に、排気ガスの一部が排気ガス分流管３３に分流され、この排気ガスに対して第２インジェクタ３４から所定量の燃料が噴射される。しかし、開閉弁４２により導入分岐管３５ｂが閉止されているため、燃料と排気ガスとの混合ガスが分流分岐管３３ａを通して改質器２６の改質室２９にのみ流入する。すると、改質室２９に流入した混合ガスは、ガス挿通路３１を流れる排気ガスの熱により加熱され、吸熱反応を起こして改質され、水素や一酸化炭素などを含む改質ガスが生成される。
【００４７】
このとき、排気燃料噴射量が改質可能な各改質室２９，３０に応じて適正に調整されることから、上流側の改質室２９だけが改質可能であるときには、良質で最低限の改質ガスが生成される。そして、活性温度に達していない改質器３０では、開閉弁４２により導入分岐管３５ｂが閉止されているため、改質ガス導入管３５により吸気管１５に導入される改質ガスに、改質器３０における未燃ガスが混入することはなく、改質器２６のコーキングが防止される。
【００４８】
そして、改質器２６における下流側の改質室３０の触媒床温が上昇し、ステップＳ１２にて、ＥＣＵ３７が、改質器２６における下流側の改質室３０の触媒床温が所定の活性温度に達したと判定したら、ステップＳ１５に移行し、開閉弁４２により改質ガス導入管３５の導入分岐管３５ｂを開放し、続いて、ステップＳ１６にて、第２インジェクタ３４により上流側の改質室２９及び下流側の改質室３０で改質可能な改質ガスに対応した量の燃料を噴射する。
【００４９】
このように実施例１の内燃機関にあっては、排気管２５を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流管３３を介して２つの改質室２９，３０を有する改質器２６を接続すると共に、この排気ガス分流管３３に第２インジェクタ３４を装着し、この改質器２６で生成された改質ガスを吸気管１５に導入する改質ガス導入管３５及び流量調整弁３６を設けると共に、第２改質室３０の下流側に開閉弁４２を設け、ＥＣＵ３７は、床温センサ４１が検出した改質室３０の床温が予め設定された活性温度より低いときに、開閉弁４２を閉止して改質室３０での改質ガスの生成を停止するようにしている。
【００５０】
従って、下流側に位置する改質室３０の床温が活性温度より低いときには、改質室３０での改質ガスの生成を停止することで、改質ガスへの未燃ガスの混入を抑制し、燃焼室１２に適正な改質ガスを導入することができると共に、改質器２６におけるコーキングの発生を抑制することができ、その結果、改質器２６による改質性能を向上することができる。
【００５１】
また、ＥＣＵ３７は、エンジン回転数と吸入空気量から全体の燃料噴射量を算出し、エンジン回転数とスロットル開度（エンジン負荷）から吸気管１５に還流可能な排気ガス量を算出し、この排気ガス量と改質器２６の触媒床温から吸気管１５に導入可能な改質ガス量を算出して流量調整弁３６の開度を設定し、改質ガス量に基づいて第２インジェクタ３４が噴射する排気燃料噴射量を設定している。従って、下流側の改質室３０の触媒床温に応じて改質ガス量が増減するため、その改質ガス量の増減に応じて排気燃料噴射量が適正に設定されることとなり、改質ガスに未燃ガスが混入することを確実に防止することができる。
【実施例２】
【００５２】
図３は、本発明の実施例２に係る内燃機関を表す概略構成図、図４は、実施例２の内燃機関における改質器の制御を表すフローチャートである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５３】
実施例２の内燃機関において、図３に示すように、この内燃機関としてのエンジン１１はポート噴射式の４気筒型である。４つの燃焼室１２に対して吸気ポート１３及び排気ポート１４が対向してそれぞれ形成され、図示しない吸気弁及び排気弁によって開閉可能となっている。そして、吸気管１５の下流端部がインテークマニホールド１６を介して各吸気ポート１３に連結され、インテークマニホールド１６に第１インジェクタ２０が装着されている。一方、各排気ポート１４には、エキゾーストマニホールド２４を介して排気管２５が連結され、この排気管２５に改質器２６と三元触媒２７が装着されている。
【００５４】
改質器２６は、筒体２８と、この筒体２８内に配置されて内部に改質触媒が担持された第１改質室２９及び第２改質室３０と、各改質室２９，３０を貫通して形成されたガス挿通路３１，３２とを有している。この場合、第１改質室２９及び第２改質室３０は、筒体２８内に排気ガスの流動方向に沿って直列に配置され、ガス挿通路３１，３２も、同様に、直列に連通している。そして、排気管２５における改質器２６の上流側に、排気ガス分流管３３が分岐して設けられ、この排気ガス分流管３３の下流側端部が二つの分流分岐管３３ａ，３３ｂに分岐され、各分流分岐管３３ａ，３３ｂが改質器２６における第１、第２改質室２９，３０の一端部に連結されている。そして、この各分流分岐管３３ａ，３３ｂに、排気管２５から排気ガス分流管３３に分流された排気ガスの一部に対して燃料を噴射する第２インジェクタ（第２燃料供給手段）５１及び第３インジェクタ（第２燃料供給手段）５２が設けられている。
【００５５】
また、この改質器２６で生成された改質ガスを吸気管１５に導入する改質ガス導入管３５が設けられており、この改質ガス導入管３５の一端部が二つの導入分岐管３５ａ，３５ｂに分岐され、各導入分岐管３５ａ，３５ｂが改質器２６における第１、第２改質室２９，３０の他端部に連結されている。そして、改質ガス導入管３５の他端部は、吸気管１５に連結されており、この改質ガス導入管３５に流量調整弁３６が装着されている。
【００５６】
従って、流量調整弁３６が開放された状態では、排気管２５を流れる排気ガスの一部が排気ガス分流管３３に分流され、更に、各分流分岐管３３ａ，３３ｂに分流され、この排気ガスに対して、第２、第３インジェクタ５１，５２が排気燃料噴射を行う。この場合、排気ガスは酸素を含んでおり、燃料と酸素を含む排気ガスとが混合した混合ガスは、改質器２６の各改質室２９，３０に流れ、排気管２５から改質器２６のガス挿通路３１，３２を流れる排気ガスの熱により加熱される。すると、この混合ガスは蒸発が促進されて気化すると共に、この気化した混合ガスが吸熱反応を起こして改質され、水素や一酸化炭素などを含む改質ガスが生成される。
【００５７】
そして、改質器２６で生成された改質ガスは、改質室２９，３０から改質ガス導入管３５に流れ、流量調整弁３６の開度によりその供給量が調整され、吸気管１５を流れる吸気に対して供給される。そして、吸気と改質ガスとが混合した混合気がインテークマニホールド１６から吸気ポート１３を通って燃焼室１２に導入され、点火プラグにより着火して爆発し、排気弁の開放時に、排気ガスが排気ポート１４から排気管２５に排出される。この場合、改質ガスが水素を含んでいるため、燃焼室１２での燃焼効率が良く、燃費を向上することができると共に、ＮＯｘの発生を抑制して排気浄化効率を向上することができる。
【００５８】
車両に搭載されたＥＣＵ３７は、検出した吸入空気量、スロットル開度（または、アクセル開度）、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて、全体の燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。改質器２６における各改質室２９，３０には、床温センサ４０，４１がそれぞれ設けられており、現在の各改質室２９，３０の触媒床温をＥＣＵ３７に出力している。従って、ＥＣＵ３７は、検出した各改質室２９，３０の床温に基づいて改質器２６が活性温度にあるかどうかを判定し、この改質器２６の温度が活性温度以上にあると判定したときには、吸気管１５に還流可能な排気ガス量に基づいて吸気管１５に導入可能な改質ガス量を算出し、流量調整弁３６の開度を設定すると共に、第２、第３インジェクタ５１，５２による排気燃料噴射量を設定し、全体の燃料噴射量から排気燃料噴射量を減算し、第１インジェクタ２０が噴射する吸気燃料噴射量を設定する。
【００５９】
そして、本実施例では、改質器２６の各改質室２９，３０における改質ガスの生成動作を調整する改質調整手段として、第３インジェクタ５２を適用している。改質制御手段としてのＥＣＵ３７は、床温センサ４１が検出した改質室３０の床温が活性温度より低いときには、第３インジェクタ５２からの排気燃料噴射を停止することで、改質室３０への燃料の供給を停止し、この改質室３０での改質ガスの生成動作を停止するようにしている。従って、活性温度に達していない改質室３０での改質ガスの生成を停止することで、未燃ガスを含む改質ガスの燃焼室１２への導入をやめ、コーキングの発生を防止して触媒性能を向上するようにしている。
【００６０】
ここで、実施例２の内燃機関における燃料改質制御を図４のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
【００６１】
本実施例の内燃機関における燃料改質制御おいて、図４に示すように、ステップＳ２１にて、ＥＣＵ３７は、改質器２６における上流側の改質室２９の床温、つまり、床温センサ４０が検出した触媒床温が予め設定された所定の活性温度（例えば、６００℃）に達しているかどうかを判定する。ここで、ＥＣＵ３７が、上流側の改質室２９の触媒床温が所定の活性温度に達していないと判定したら、何もしないでこのルーチンを抜ける。
【００６２】
即ち、改質器２６における改質室２９の触媒床温が活性温度に達していないため、ここでの燃料改質ができないと判定し、燃料改質を停止する。この場合、ＥＣＵ３７は、エンジン回転数や吸入空気量などから算出した全体の燃料噴射量を、第１インジェクタ２０が噴射する吸気燃料噴射量として設定し、第２、第３インジェクタ５１，５２が噴射する排気燃料噴射量を０に設定する。そのため、エンジン１１の排気管２５に排出された排気ガスの一部が排気ガス分流管３３に分流され、改質器２６の各改質室２９，３０を通過した後、改質ガス導入管３５に流れ、流量調整弁３６の開度によりその供給量が調整され、ＥＧＲガスとして吸気管１５を流れる吸気に供給される。従って、吸気管１５への未燃ガスの流入を防止することができると共に、排気ガスをＥＧＲガスとして吸気管１５に還流することで、このＥＧＲガスに含まれる二酸化炭素などを燃焼室１２に戻して再燃焼し、燃焼温度を低下してＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００６３】
一方、ステップＳ２１にて、改質器２６における上流側の改質室２９の触媒床温が所定の活性温度に達していると判定されたら、ステップＳ２２に移行する。このステップＳ２２にて、ＥＣＵ３７は、改質器２６における下流側の改質室３０の床温、つまり、床温センサ４１が検出した触媒床温が予め設定された所定の活性温度（例えば、６００℃）に達しているかどうかを判定する。
【００６４】
このステップＳ２２にて、ＥＣＵ３７が、下流側の改質室３０の触媒床温が所定の活性温度に達していないと判定したら、ステップＳ２３に移行し、第２インジェクタ５１により上流側の改質室２９で改質可能な改質ガスに対応した量の燃料を噴射する。一方、ステップＳ２２にて、ＥＣＵ３７が、改質器２６における下流側の改質室３０の触媒床温が所定の活性温度に達していると判定したら、ステップＳ２４に移行し、第２、第３インジェクタ５１，５２により上流側の改質室２９及び下流側の改質室３０で改質可能な改質ガスに対応した量の燃料を噴射する。
【００６５】
即ち、ＥＣＵ３７は、上下の改質室２９，３０の触媒床温が活性温度以上であれば、吸気管１５に還流可能な最大の排気ガス量に対して、吸気管１５に導入可能な改質ガス量を設定し、この改質ガス量に対して流量調整弁３６の開度が設定され、流量調整弁３６により調整された改質ガス量に基づいて第２、第３インジェクタ５１，５２による排気燃料噴射量が設定される。そのため、排気ガスは、改質器２６のガス挿通路３１，３２を流通すると共に、その一部が排気ガス分流管３３を通って各分流分岐管３３ａ，３３ｂに分流され、この排気ガスに対して第２、第３インジェクタ５１，５２から所定量の燃料が噴射され、燃料と排気ガスとの混合ガスが各改質室２９，３０に流入する。すると、各改質室２９，３０に流入した混合ガスは、ガス挿通路３１，３２を流れる排気ガスの熱により加熱され、吸熱反応を起こして改質され、水素や一酸化炭素などを含む改質ガスが生成される。このとき、排気燃料噴射量が改質可能な改質室２９，３０に応じて適正に調整されることから、上下の改質室２９，３０が改質可能であるときには、良質で最大量の改質ガスが生成される。
【００６６】
そして、この各改質室２９，３０で生成された改質ガスは、改質ガス導入管３５に流れ、流量調整弁３６の開度によりその供給量が調整され、吸気管１５を流れる吸気に対して供給される。従って、水素や一酸化炭素が含まれた改質ガスが燃焼室１２に導入されるため、燃焼効率が良く、多量の排気ガスを還流させることができ、燃費を向上することができる。また、改質ガスにより還流可能な排気ガス量（ＥＧＲガス量）が増加するため、この排気ガスに含まれる二酸化炭素などを燃焼室１２に戻して再燃焼させることができると共に、燃焼温度を低下することでＮＯｘの発生を抑制することができ、排気浄化効率を向上することができる。
【００６７】
一方、下流側の改質室３０の触媒床温が活性温度になく、上流側の改質室２９の触媒床温のみが活性温度以上であるとき、吸気管１５に還流可能な最大の排気ガス量に対して、吸気管１５に導入可能な改質ガス量が減少し、この改質ガス量に対して流量調整弁３６の開度が設定され、流量調整弁３６により調整された改質ガス量に基づいて第２、第３インジェクタ５１，５２排気燃料噴射量が設定される。即ち、第３インジェクタ５２の排気燃料噴射量が０に設定される。そのため、エンジン１１の排気管２５に排出された排気ガスは、改質器２６のガス挿通路３１，３２を流通すると共に、その一部が排気ガス分流管３３を通って各分流分岐管３３ａ，３３ｂに分流され、この排気ガスに対して第２インジェクタ５１からのみ所定量の燃料が噴射される。すると、改質室２９に流入した混合ガスは、ガス挿通路３１を流れる排気ガスの熱により加熱され、吸熱反応を起こして改質され、水素や一酸化炭素などを含む改質ガスが生成される。一方、改質室３０には燃料が供給されないため、排気ガスのみが流入して改質反応が起こらない。
【００６８】
このとき、排気燃料噴射量が改質可能な各改質室２９，３０に応じて適正に調整されることから、上流側の改質室２９だけが改質可能であるときには、良質で最低限の改質ガスが生成される。そして、活性温度に達していない改質器３０では、排気ガスが通過するだけであるため、改質室２９で生成された改質ガスに未燃ガスが混入することはなく、改質器２６のコーキングが防止される。
【００６９】
そして、改質器２６における下流側の改質室３０の触媒床温が上昇し、ステップＳ２２にて、ＥＣＵ３７が、改質器２６における下流側の改質室３０の触媒床温が所定の活性温度に達したと判定したら、ステップＳ２４に移行し、第２、第３インジェクタ５１，５２により上流側の改質室２９及び下流側の改質室３０で改質可能な改質ガスに対応した量の燃料を噴射する。
【００７０】
このように実施例２の内燃機関にあっては、排気管２５を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流管３３を介して２つの改質室２９，３０を有する改質器２６を接続すると共に、排気ガス分流管３３の分流分岐管３３ａ，３３ｂに第２、第３インジェクタ５１，５２を装着し、この改質器２６で生成された改質ガスを吸気管１５に導入する改質ガス導入管３５及び流量調整弁３６を設け、ＥＣＵ３７は、床温センサ４１が検出した改質室３０の床温が予め設定された活性温度より低いときに、第３インジェクタ５２からの排気燃料噴射を停止して改質室３０での改質ガスの生成を停止するようにしている。
【００７１】
従って、下流側に位置する改質室３０の床温が活性温度より低いときには、改質室３０での改質ガスの生成を停止することで、改質ガスへの未燃ガスの混入を抑制し、燃焼室１２に適正な改質ガスを導入することができると共に、改質器２６におけるコーキングの発生を抑制することができ、その結果、改質器２６による改質性能を向上することができる。
【００７２】
なお、この実施例２では、本発明の改質調整手段として第３インジェクタ５２を適用したが、この第３インジェクタ５２に加えて、実施例１で説明したように、導入分岐管３５ｂに開閉弁を設けてもよい。この構成により、第２改質室３０を通過した排気ガスの改質ガス導入管３５への流入を阻止することで、第１改質室２９で生成した改質ガスを確実に吸気管１５へ導入することができる。
【実施例３】
【００７３】
図５は、本発明の実施例３に係る内燃機関を表す概略構成図、図６は、実施例３の内燃機関における触媒床温に対する最適排気燃料噴射割合を表すグラフである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７４】
実施例３の内燃機関において、図５に示すように、この内燃機関としてのエンジン１１はポート噴射式の４気筒型である。４つの燃焼室１２に対して吸気ポート１３及び排気ポート１４が対向してそれぞれ形成され、図示しない吸気弁及び排気弁によって開閉可能となっている。そして、吸気管１５の下流端部がインテークマニホールド１６を介して各吸気ポート１３に連結され、インテークマニホールド１６に第１インジェクタ２０が装着されている。一方、各排気ポート１４には、エキゾーストマニホールド２４を介して排気管２５が連結され、この排気管２５に改質器２６と三元触媒２７が装着されている。
【００７５】
改質器２６は、筒体２８と、この筒体２８内に配置されて内部に改質触媒が担持された第１改質室２９及び第２改質室３０と、各改質室２９，３０を貫通して形成されたガス挿通路３１，３２とを有している。排気管２５における改質器２６の上流側には、排気ガス分流管３３が分岐して設けられ、この排気ガス分流管３３の下流側端部が第１改質室２９の一端部に連結されている。そして、この排気ガス分流管３３に燃料を噴射する第２インジェクタ（第２燃料供給手段）６１が設けられている。また、第１改質室２９の他端部は、連結管（連結通路）６２を介して第１改質室２９の一端部に連結されている。そして、この連結管６２に燃料を噴射する第３インジェクタ（第２燃料供給手段）６３が設けられている。
【００７６】
また、この改質器２６で生成された改質ガスを吸気管１５に導入する改質ガス導入管３５が設けられており、この改質ガス導入管３５の一端部が第２改質室３０の他端部に連結されている。そして、改質ガス導入管３５の他端部は、吸気管１５に連結されており、この改質ガス導入管３５に流量調整弁３６が装着されている。
【００７７】
従って、流量調整弁３６が開放された状態では、排気管２５を流れる排気ガスの一部が排気ガス分流管３３に分流され、この排気ガスに対して第２インジェクタ６１が排気燃料噴射を行う。この場合、排気ガスは酸素を含んでおり、燃料と酸素を含む排気ガスとが混合した混合ガスは、改質器２６の第１改質室２９に流れ、排気管２５から改質器２６のガス挿通路３１を流れる排気ガスの熱により加熱される。すると、この混合ガスは蒸発が促進されて気化すると共に、この気化した混合ガスが吸熱反応を起こして改質され、水素や一酸化炭素などを含む改質ガスが生成される。続いて、第１改質室２９で改質ガスが生成された後に、この改質ガスを含んだ排気ガスは連結管６２に流れ、この排気ガスに対して第３インジェクタ６３が排気燃料噴射を行う。ここで、同様に、燃料と酸素を含む排気ガスとの混合ガスは第２改質室３０に流れ、排気管２５から改質器２６のガス挿通路３２を流れる排気ガスの熱により加熱される。すると、この混合ガスは蒸発が促進されて気化すると共に、この気化した混合ガスが吸熱反応を起こして改質され、水素や一酸化炭素などを含む改質ガスが生成される。
【００７８】
そして、改質器２６で生成された改質ガスは、改質室３０から改質ガス導入管３５に流れ、流量調整弁３６の開度によりその供給量が調整され、吸気管１５を流れる吸気に対して供給される。そして、吸気と改質ガスとが混合した混合気がインテークマニホールド１６から吸気ポート１３を通って燃焼室１２に導入され、点火プラグにより着火して爆発し、排気弁の開放時に、排気ガスが排気ポート１４から排気管２５に排出される。この場合、改質ガスが水素を含んでいるため、燃焼室１２での燃焼効率が良く、燃費を向上することができると共に、ＮＯｘの発生を抑制して排気浄化効率を向上することができる。
【００７９】
車両に搭載されたＥＣＵ３７は、検出した吸入空気量、スロットル開度（または、アクセル開度）、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて、全体の燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。改質器２６における各改質室２９，３０には、床温センサ４０，４１がそれぞれ設けられており、現在の各改質室２９，３０の触媒床温をＥＣＵ３７に出力している。従って、ＥＣＵ３７は、検出した各改質室２９，３０の床温に基づいて改質器２６が活性温度にあるかどうかを判定し、この改質器２６の温度が活性温度以上にあると判定したときには、吸気管１５に還流可能な排気ガス量に基づいて吸気管１５に導入可能な改質ガス量を算出し、流量調整弁３６の開度を設定すると共に、第２、第３インジェクタ６１，６３による排気燃料噴射量を設定し、全体の燃料噴射量から排気燃料噴射量を減算し、第１インジェクタ２０が噴射する吸気燃料噴射量を設定する。
【００８０】
そして、本実施例では、改質器２６の各改質室２９，３０における改質ガスの生成動作を調整する改質調整手段として、第２、第３インジェクタ６１，６３を適用している。改質制御手段としてのＥＣＵ３７は、床温センサ４０，４１が検出した各改質室２９，３０の床温に基づいて第２、第３インジェクタ６１，６３からの排気燃料噴射量を設定することで、改質室３０への燃料の供給量を調整し、床温センサ４１が検出した改質室３０の床温が活性温度より低いときには、この改質室３０での改質ガスの生成動作を低減するようにしている。従って、活性温度に達していない改質室３０での改質ガスの生成動作を低減することで、未燃ガスを含む改質ガスの燃焼室１２への導入をやめ、コーキングの発生を防止して触媒性能を向上するようにしている。
【００８１】
即ち、図６に示すように、改質器２６における各改質室２９，３０で改質ガスを生成する場合、この改質ガスを生成するのに最適な排気燃料噴射割合（最適排気燃料噴射量／ＥＧＲガス量）は、改質器２６の触媒床温が上昇するのに伴って増加している。従って、ＥＣＵ３７は、床温センサ４０，４１が検出した各改質室２９，３０の床温に基づいて第２、第３インジェクタ６１，６３の排気燃料噴射量を調整すると共に、改質室３０の床温が活性温度より低いときには、第３インジェクタ６３の排気燃料噴射量を減少するようにしている。
【００８２】
具体的に説明すると、図５に示すように、ＥＣＵ３７は、上下の改質室２９，３０の触媒床温が活性温度以上であれば、吸気管１５に還流可能な最大の排気ガス量に対して、吸気管１５に導入可能な改質ガス量を設定し、この改質ガス量に対して流量調整弁３６の開度が設定され、流量調整弁３６により調整された改質ガス量に基づいて第２、第３インジェクタ６１，６３による排気燃料噴射量が設定される。そのため、排気ガスは、改質器２６のガス挿通路３１，３２を流通すると共に、その一部が排気ガス分流管３３に分流され、この排気ガスに対して第２インジェクタ５１から所定量の燃料が噴射され、燃料と排気ガスとの混合ガスが第１改質室２９に流入する。すると、この第１改質室２９に流入した混合ガスは、ガス挿通路３１を流れる排気ガスの熱により加熱され、吸熱反応を起こして改質され、水素や一酸化炭素などを含む改質ガスが生成される。続いて、改質ガスを含んだ排気ガスは連結管６２に流入され、この排気ガスに対して第３インジェクタ６３から所定量の燃料が噴射され、燃料と排気ガスとの混合ガスが第２改質室３０に流入する。すると、この第２改質室３０に流入した混合ガスは、ガス挿通路３２を流れる排気ガスの熱により加熱され、吸熱反応を起こして改質され、水素や一酸化炭素などを含む改質ガスが生成される。このとき、排気燃料噴射量が改質可能な改質室２９，３０に応じて適正に調整されることから、上下の改質室２９，３０が改質可能であるときには、良質で最大量の改質ガスが生成される。
【００８３】
そして、この各改質室２９，３０で生成された改質ガスは、改質ガス導入管３５に流れ、流量調整弁３６の開度によりその供給量が調整され、吸気管１５を流れる吸気に対して供給される。従って、水素や一酸化炭素が含まれた改質ガスが燃焼室１２に導入されるため、燃焼効率が良く、多量の排気ガスを還流させることができ、燃費を向上することができる。また、改質ガスにより還流可能な排気ガス量（ＥＧＲガス量）が増加するため、この排気ガスに含まれる二酸化炭素などを燃焼室１２に戻して再燃焼させることができると共に、燃焼温度を低下することでＮＯｘの発生を抑制することができ、排気浄化効率を向上することができる。
【００８４】
一方、下流側の改質室３０の触媒床温が活性温度になく、上流側の改質室２９の触媒床温のみが活性温度以上であるとき、吸気管１５に還流可能な最大の排気ガス量に対して、吸気管１５に導入可能な改質ガス量が減少し、この改質ガス量に対して流量調整弁３６の開度が設定され、流量調整弁３６により調整された改質ガス量に基づいて第２、第３インジェクタ６１，６３排気燃料噴射量が設定される。
【００８５】
即ち、第３インジェクタ６３の排気燃料噴射量が改質室３０の床温に応じて設定、つまり、減少する。そのため、エンジン１１の排気管２５に排出された排気ガスは、改質器２６のガス挿通路３１，３２を流通すると共に、その一部が排気ガス分流管３３に分流され、この排気ガスに対して第２インジェクタ６１から所定量の燃料が噴射される。すると、改質室２９に流入した混合ガスは、ガス挿通路３１を流れる排気ガスの熱により加熱され、吸熱反応を起こして改質され、水素や一酸化炭素などを含む改質ガスが生成される。続いて、改質ガスを含んだ排気ガスは連結管６２に流入され、この排気ガスに対して第３インジェクタ６３から所定量の燃料が噴射され、燃料と排気ガスとの混合ガスが第２改質室３０に流入する。この場合、第３インジェクタ６３は、第２改質室３０の床温に応じた少ない量の燃料が噴射されるため、この第２改質室３０に流入した混合ガスの燃料濃度が低下するが、ガス挿通路３２を流れる排気ガスの熱により加熱され、吸熱反応を起こして改質され、水素や一酸化炭素などを含む少量の改質ガスが生成される。
【００８６】
改質室３０が活性温度に達していないとき、第３インジェクタ６３による排気燃料噴射量が床温に応じて調整（減少）されることから、この活性温度に達していない改質器３０では、改質可能な量の燃料が供給されるため、改質器２６で生成された改質ガスに未燃ガスが混入することはなく、改質器２６のコーキングが防止される。
【００８７】
このように実施例３の内燃機関にあっては、排気管２５を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流管３３を介して第１改質室２９を接続し、この第１改質室２９を連結管６２を介して第２改質室３０と接続すると共に、排気ガス分流管３３及び連結管６２に第２、第３インジェクタ６１，６３を装着し、この改質器２６で生成された改質ガスを吸気管１５に導入する改質ガス導入管３５及び流量調整弁３６を設け、ＥＣＵ３７は、床温センサ４１が検出した改質室３０の床温が予め設定された活性温度より低いときには、その床温に応じて第３インジェクタ６１からの排気燃料噴射を減少し、改質室３０での改質ガスの生成量を減少するようにしている。
【００８８】
従って、下流側に位置する改質室３０の床温が活性温度より低いときには、床温に応じて第３インジェクタ６１からの排気燃料噴射を減少することで、改質ガスへの未燃ガスの混入を抑制し、燃焼室１２に適正な改質ガスを導入することができると共に、改質器２６におけるコーキングの発生を抑制することができ、その結果、改質器２６による改質性能を向上することができる。
【００８９】
また、本実施例では、改質室３０の床温が活性温度より低いときには、その床温に応じて第３インジェクタ６１からの排気燃料噴射を減少することで、改質室３０でも改質ガスを生成することができると共に、この改質ガスへの未燃ガスの混入を抑制することができ、改質器２６での吸熱反応を効率的に利用することができる。
【００９０】
なお、上述した各実施例では、改質器２６における各改質室２９，３０の改質触媒の床温を検出する床温検出手段として、床温センサ４０，４１を適用したが、ＥＣＵ３７がエンジン回転数、吸入空気量、アクセル開度などのエンジン運転状態に基づいて推定して求めてもよい。また、吸気管１５に導入される改質ガス量をエンジン回転数、アクセル開度、触媒床温などのエンジン運転状態に基づいて算出したが、改質ガス導入管３５における流量調整弁３６の開度から算出したり、改質ガス導入管３５における流量調整弁３６より下流側に流量計を設けて計測してもよい。
【００９１】
また、上述した各実施例では、改質器２６に２つの改質室２９，３０を設けたが、内燃機関の排気量などに応じて３つ以上設けてもよい。この場合、改質器２６における筒体２８内に複数の改質室２９，３０を設けたが、排気管２５に改質室を有する複数の改質器を連結してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、排気通路に複数の改質室を設け、各改質室の床温に応じて改質ガスの生成動作を調整することで、コーキングの発生を抑制するものであり、いずれの内燃機関にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関を表す概略構成図である。
【図２】実施例１の内燃機関における改質器の制御を表すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例２に係る内燃機関を表す概略構成図である。
【図４】実施例２の内燃機関における改質器の制御を表すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例３に係る内燃機関を表す概略構成図である。
【図６】実施例３の内燃機関における触媒床温に対する最適排気燃料噴射割合を表すグラフである。
【符号の説明】
【００９４】
１１  エンジン（内燃機関）
１２  燃焼室
１３  吸気ポート
１４  排気ポート
１５  吸気管（吸気通路）
１９  電子スロットル装置
２０  第１インジェクタ（第１燃料供給手段）
２５  排気管（排気通路）
２６  改質器
２７  三元触媒
２８  筒体
２９，３０  改質室
３１，３２  ガス挿通路
３３  排気ガス分流管（排気ガス分流通路）
３４  第２インジェクタ（第２燃料供給手段）
３５  改質ガス導入管（改質ガス導入通路）
３６  流量調整弁
３７  電子制御ユニット、ＥＣＵ（改質制御手段）
３８  エアフローセンサ
３９  クランク角センサ
４０，４１  床温センサ（床温検出手段）
４２  開閉弁（改質停止手段）
５１，６１  第２インジェクタ（第２燃料供給手段）
５２，６３  第３インジェクタ（第２燃料供給手段、改質停止手段）
６２  連結管（連結通路）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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